轮毂电机驱动汽车复合激励下的动力学仿真分析

来源 :重庆理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:bxinliy
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世界环境问题以及能源问题日益严峻,汽车作为一大能源消耗大户,不得不面临转型,而电动车将会成为未来汽车工业发展的重要方向之一。轮毂电机驱动汽车因具有能源利用率高、环保、空间利用率高、控制性能好等优点而备受推崇,成为未来新能源汽车的主要发展方向之一。但是目前轮毂电机驱动汽车还存在和许多需要克服的缺点。除了轮毂电机布置在车轮内,受布置空间的影响以外,轮毂电机直接作用与车轮,整车簧下质量显著增大,簧上质量与簧下质量比降低,车轮动载荷变化大,影响轮胎接地力,从而给整车的平顺性以及操纵稳定性带来负面影响。另一方面,电机本身的动力输出也会对整车动力学性能产生影响,一来电机在受到逆变器非线性等原因存在着转矩波动,转矩波动一定程度得影响着轮胎的纵向接地力和轮胎的垂向变形量;同时,在受到路面的不平激励以及电机生产装配等问题时,轮毂电机内部转子与定子会产生偏心,造成电机气隙磁场畸变,进而引发电机径向电磁激励力增大以及进一步的转矩波动,进一步的导致整车系统动力学恶化。本文首先建立起路面激励模型以及电机电磁激励力模型作为复合激励,建立整车七自由度车辆垂向振动模型,考虑到电机电磁力的相互作用问题,分开考虑电机定子与转子,建立十一自由度车辆垂向振动模型,在simulink环境下进行仿真,分析轮毂电机带来簧下质量的增加对车辆平顺性的影响;分析不同车速下对车辆平顺性以及电机定转子偏心距的影响;分析复合激励对车辆平顺性以及电机定转子偏心距的影响。结果表明簧下质量增大对车辆动载荷的恶化最大,其次为车身加速度,对悬架动挠度的影响较小;车速的增大,直接增大路面激励,平顺性各项指标及电机定转子偏心距都增大;电磁激励力的加入进一步恶化了车辆平顺性,对各项指标的影响与簧下质量增加产生的影响一致,并且会加剧电机定转子偏心。考虑复合激励引起车辆动力学恶化,应用动力吸振器原理,将电机化为动力吸振器的质量模块,增加弹簧阻尼系统充当电机悬架。为了简化计算,建立带轮毂电机悬架的三自由1/4车辆模型,以车身垂向振动加速度、车轮动载荷、电机垂向振动加速度三者均方根值之和最小为优化目标,以电机最大垂向位移为约束条件,应用粒子群算法优化电机悬架参数,比通过仿真验证优化效果。结果表明应用电机悬架后可以有效的改善车身平顺性指标以及电机垂向振动加速度。
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